《精密与特种加工》的强化实践教学改革研究:精密与特种加工试卷

　　摘要：《精密与特种加工》是机械制造及自动化的专业课，在学生掌握传统机械制造技术的基础上，讲述精密与特种加工的基本原理和加工方法的实现，是一门理论与实践结合性很强的课程，本文重点研究基于实验平台的强化实践教学改革方法。针对当前该课程教学内容多、实践环节弱的特点，提出课程的新型基本框架，强化教学实践环节。通过课程教学实例证明了其有效性。
　　关键词：精密与特种加工；机械制造；强化实践；教学改革；激光切割机
　　中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2012）07-0103-02
　　制造业是全面建设小康社会的支柱产业，是国家高新技术产业的基础和国家安全的重要保障。而精密与特种加工，是保障制造业高水平持续快速发展的基础。本门课程属普通工科类高等院校开设的基本课程。通过调查研究发现，开设这门课程的学校基本以课堂讲述为主，学生基本只能从黑板上了解精密与特种加工，即使开设了部分精密与特种加工方面的实验课程，也因实验成本高昂，变成演示性和参观性的。这大大妨碍了学生对精密与特种加工含义的理解和认识。在这方面国内很多高校进行了相关的研究工作，如长沙理工大学对特种加工的教学课改、江苏大学在特种加工实习方面的改革等。显然，这种以课堂灌输为主的教学方式，已不能适应研究型大学以培养学生自主创新素质为基础的理念。因此，开展对《精密与特种加工》课程教学体系的革新，是值得探索的重要课题。《精密与特种加工》程一方面要使学生能在总体上了解精密与特种加工实现的基本原理、技术关键等，同时培养学生综合应用各学科知识去建立数字化、集成化、智能化、精密化的思维与理念，从而突破传统制造业的设计思想和制造方式，并进一步加强学生的实验动手能力。因此，本文主要是探讨一种能够充分发挥学生学习主动性和积极性的教学方法、探讨一种可以允许学生亲自动手进行实验操作的、实验成本又不是很高的实验辅助教学体系，在高等学校专业方向教学方面，应该有推广应用的前景。
　　一、课程的基本内容框架
　　《精密与特种加工》课程立足于机械制造及自动化专业的基本特点，在概括介绍先进制造理念的基础上，重点介绍精密与特种加工工艺技术，包括：超精密切削加工、电火花成形、电化学加工、高能束加工、超声波加工、快速成形及其它现代成形加工方法。《精密与特种加工》课程共40课时，建设思路将采用课堂教学（26时）和实践环节教学（14时）的时间安排模式。即增加实践环节教学的比重，所有加工方法都安排相应的实践环节。教师是课程组织者，而学生成为课程实施的主体，充分发挥学生的创造性和想象力，以学生为主组织教学。因此，提出新的课程基本理论框架包括如下内容：
　　1.超精切削加工，讲述6课时。主要讲述三大系统、六大模块。三大系统主要包括超精密切削加工机理、精密切削机床和金刚石刀具；六大模块包括精密主轴部件、精密导轨部件、进给驱动系统、精密测量技术、误差补偿技术和环境控制。
　　2.电火花成形，讲述4课时。重点讲述电火花加工的机理、电火花加工中的基本工艺规律和电火花加工机床的组成。其中，电火花加工机理是其核心内容，通过形象的动画予以描述，增加学生更进一步的认识。
　　3.电化学加工，讲述4课时。主要包括电解加工、电镀、电刷镀、复合镀等内容。重点讲述电解加工中的电解加工机理和基本规律、电解加工设备、电解加工工艺。最后通过现实中电解加工的应用开展实例教学。
　　4.高能束加工，讲述4课时。该章主要包括三种高能束加工方法：激光束加工、电子束加工和离子束加工。讲述中重点介绍激光束加工中的切割、焊接、打孔、热处理技术及其它新应用。结合目前工程中的实际应用，通过实例和视频让学生有更加直观的认识。
　　5.超声波加工，讲述2课时。主要介绍超声波加工的机理、超声波加工的设备及构成。在此基础上，通过视频形象地表达各领域中对超声波加工的应用。
　　6.快速成形，讲述4课时。快速成型技术带来了制造方式的变革，采取分层—叠加（离散—堆积）的制造方式。本章重点讲解快速成型的四中类型：光固化成形、叠层实体制造、选择性激光烧结、熔融沉积造型。
　　7.新型前沿制造技术，讲述2课时。主要介绍目前国际前沿的加工方法，如光刻技术、扫描探针纳米加工技术等。
　　二、实验平台的体系结构
　　针对《精密与特征加工》课程的内容框架，在注重加工基本原理的前提下，结合实验室现有加工设备，整合一套精密与特种加工实验平台，主要与上述课堂教学相对应。实验平台的体系结构和相应课时分配情况如图1所示，每一种加工方法通过2课时的实验让学生分组进行实际操作，锻炼其动手能力和对加工方法的进一步认识。
　　图1?摇实验平台及课时分配
　　实验流程如图2所示。在开展实验的过程中，首先实验老师简要回顾课堂内容，对实验内容进行演示。然后通过分组，使同学们自己安排实验方案、设备操作和样品加工。最后由实验老师对学生的操作和制备的样品进行考评，并指出实验过程中关键问题。
　　图2?摇实验过程示意图
　　三、强化实践的教改实例
　　教学活动中，注重强调学生自由发散思维的培养，鼓励学生大胆地想，细心地做。提出问题，交由学生找出问题解决的方案、图纸、程序，然后进行论证，最后进行实施，直到拿出最终的有形产品。下面以激光加工为例对实施方案进行了概括。激光切割机系统采用Windows XP作为操作平台，造型软件为AutoCAD，成形材料为各种厚度的金属板材，刀具是无形的聚焦激光束。激光切割的原理是激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲、重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。实验成本不高，保证了教学改革实施的持续性。精密与特征加工是一门理论与实践结合性很强的课程，本文研究基于实验平台的强化实践教学改革方法，实践表明学生学习的积极性、主动性有了极大提高，动手能力和创新能力得到了进一步加强。
　　参考文献：
　　[1]毛聪，郭克希，李旭宇，李河清.特种加工课程教学改革研究与实践[J].理工高教研究，2010，（1）：134-136.
　　[2]任旭东，张永康，姜银方，冯爱新.特种加工实验教学改革与实践[J].安徽工业大学学报，2008，（4）：109-110.
　　基金项目：中国矿业大学青年教师教学改革研究计划项目（201114）
　　作者简介：杨海峰（1981-），男，江苏徐州人，中国矿业大学机电学院讲师，主要从事精密与特种加工、机械制造等课程的教学与研究。